We kunnen nu antibiotica op bacteriën testen door ze onder stroom te zetten

Onderzoekers hebben een manier gevonden om bacteriën te classificeren op basis van hoe ze vibreren. Blijkt uit een onderzoek in Scientific Reports. De techniek, die gebruikmaakt van ultagevoelige piëzo-elektrische sensoren, maakt het mogelijk om binnen een uur de juiste antibiotica te bepalen om een infectie te behandelen.

Als het om infecties gaat, is timing een groot probleem. De symptomen van een infectie kunnen er hetzelfde uitzien voor een heleboel verschillende soorten bacteriën, waarbij veel verschillend reageren op verschillende antibiotica. Het classificeren van de bacteriële boosdoener is meestal een kwestie van een steekproef nemen, de bacteriën op een schoteltje gooien en wachten totdat ze zich zodanig hebben vermenigvuldigd dat het mogelijk is om verschillende antibiotica op de opgehoopte cellen (of cultuur) te testen. Dit heet de antimicrobiële gevoeligheid testen.

Het probleem is dat dit veel tijd kost. Normaal gesproken worden patiënten meteen behandeld met antibiotica, in plaats van te wachten totdat een bacteriëncultuur voltooid is. Dit is eigenlijk gokwerk en het resultaat is vaak een overbehandeling van antibiotica. Er wordt vaak breedspectrumantibiotica aan patiënten gegeven voor infecties die net zo makkelijk kunnen worden behandeld met een beperkter antibioticum. Overmatig gebruik van breedspectrumantibiotica heeft verschillende negatieve effecten, waaronder de toenemende mate van bacteriële resistentie tegen antibiotica.

Idealiter zou er een manier zijn om bacteriën te classificeren zonder enkele dagen (in sommige gevallen) te hoeven wachten op een cultuur die zich ontwikkelt. Zo komen we terecht bij de nieuwe methode die Ward Johnson en zijn team bij het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben ontwikkeld. De aanpak is gebaseerd op "het snel detecteren van mechanische fluctuaties van bacteriën en de effecten die antibiotica op deze fluctuaties hebben," volgens het artikel. Het komt erop neer dat verschillende soorten bacteriën allemaal op net een andere frequentie trilln, en we hebben nu sensoren die gevoelig genoeg zijn om deze bewegingen op te merken en weten hoe die bewegingen veranderen in de aanwezigheid van verschillende antibiotica.

De techniek houdt in dat je wat bacteriën neemt en die op een dunne schijf van kwarts smeert, die verbonden is met een paar elektroden, waardoor er een elektronische brug ontstaat. Vervolgens wordt er een elektrisch signaal over de schijf – of resonator – gestuurd, met een frequentie die de natuurlijke resonantiefrequentie van het kwartskristal benadert. De bacteriën veranderen deze resonantiefrequentie, waardoor er een bepaalde trilling ontstaat tussen het elektrische ingangssignaal en de door bacteriën veranderde resonantiefrequentie van het kwarts. Deze ruis wordt geregistreerd in het uitgangssignaal van de brug.

Johnson en zijn team deden experimenten met de E. colibacterie en zijn aartsvijand, het antibioticum polymyxine. Nadat ze de kwartsschijf met bacteriën hadden besmeerd en de verwachte precies de juiste trilling hadden geobserveerd, dienden ze het antibioticum toe. Binnen zeven minuten daalde de ruis naar bijna nul. Toen het experiment opnieuw werd gedaan met een ander antibioticum, ampicilline, verlaagde het ruisniveau na vijftien minuten.

"Door te kijken naar een combinatie van beelden van de cellen en hoeveel koloniën er vormen, kan celdood gemeten worden en worden uitgevonden welke antibiotica het beste gebruikt kan worden," rapporten Johnson en zijn collega's.

Nu is het zaak om deze nieuwe techniek te testen op meer antibiotica en bacteriën. E. coli was een soort van inkopper omdat het relatief snel reageert op antibiotica. Zo'n snelheid is niet altijd het geval. Toch heeft de onderzoeksgroep, zoals Psysics World rapporteert, al het octrooi voor de methode toegekend gekregen.